DE4012307A1 - Einrichtung zur gleichspannungsversorgung mehrerer elektrischer verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gleich­ spannungsversorgung mehrerer elektrischer Verbraucher aus einem Wechselspannungsnetz, vorzugsweise einer Frequenz von 50 bis 60 Hz, wobei jedem Verbraucher ein die jeweils zuge­ führte Wechselspannung in die erforderliche Gleichspannung wandelndes Gleichrichtergerät zugeordnet ist.

In elektronischen Systemen mit unterschiedlichem Ausbaugrad ergibt sich das Problem, ein einfaches und kostengünstiges Stromversorgungssystem zu realisieren. Vor allem stellt sich dieses Problem, wenn das System über einen relativ großen Be­ reich erweiterbar sein soll. Handelsübliche Einrichtung zur Gleichspannungsversorgung sind nämlich so konzipiert, daß eine zentrale Stromversorgung für den maximalen Ausbaugrad bemessen ist (ggf. Leistungsüberschuß!), oder daß jedem Verbraucher eine eigene Stromversorgung zugeordnet wird. Die Speisung die­ ser jedem Verbraucher jeweils zugeordneten Stromversorgungen erfolgt mit der vorhandenen Netzspannung. Diese Lösung hat ge­ genüber der erstgenannten zwar den Vorteil, daß die Leistungs­ fähigkeit der Stromversorgung an den tatsächlichen Leistungs­ bedarf ideal angepaßt ist, jedoch ist der technische Aufwand nicht unerheblich. Dies liegt unter anderem darin, daß bei den üblichen Wechselspannungsnetzen mit 50 und 60 Hz der Aufwand für den Transformator und die Glättungsmittel relativ groß ist.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Einrichtung der eingangs ge­ nannten Art so auszubilden, daß mit einem möglichst geringen technischen Aufwand eine möglichst gute Anpassung der Leistungs­ fähigkeit der Gleichspannungsversorgung an Anlagen mit einer erweiterbaren Anzahl von Verbrauchern möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von einem zentralen Umsetzer eine gegenüber der Netzfrequenz höher­ frequente Wechselspannung generiert wird und daß diese an die Gleichrichtergeräte geleitet wird. Der zentrale Umsetzer ist zwar dabei an die maximale Leistung des Systems anzupassen, jedoch können die eigentlichen Gleichrichtergeräte auf den jeweiligen Verbraucher zugeschnitten werden und sind aufgrund der relativ hochfrequenten Speisung technisch einfach reali­ sierbar. Nicht unerwähnt sollte es bleiben, daß dabei auch der Platzbedarf für die einzelnen Gleichrichtergeräte relativ gering ist.

Für eine optimale Leistungsübertragung hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, daß die höherfrequente Wechselspannung als Rechteckspannung ausgebildet ist.

Für den Fall, daß die Gleichspannung einiger oder aller Ver­ braucher gleich gewählt ist, ist es günstig, daß die Ausgänge der Gleichrichtergeräte über Ausgleichsleitungen zueinander parallelgeschaltet sind. Damit wird zum einen die Gleichspan­ nung für alle Geräte vereinheitlicht, zum andern ist es bei entsprechender Dimensionierung der Gleichrichtergeräte auch möglich, daß der Ausfall eines oder mehrerer Gleichrichter­ geräte durch die anderen Gleichrichtergeräte kompensiert wer­ den kann.

In diesem Fall erweist es sich als vorteilhaft, daß die an den Ausgleichsleitungen anstehende Spannung auf das Einhalten vorgegebener Werte überwacht wird. Damit kann auf eine geson­ derte Überwachung der einzelnen Gleichrichtergeräte verzichtet werden und diese Überwachung ist beispielsweise am Ort des zen­ tralen Umsetzers möglich. Dadurch, daß entsprechend den ein­ zuhaltenden Werten innerhalb eines vorgegebenen Bereiches durch Rückwirken auf den Umsetzer eine Spannungsregelung er­ folgt, kann ein qualitativ sehr gutes Regelverhalten ermög­ licht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine übliche zentrale Gleichspannungsversorgung,

Fig. 2 eine übliche dezentrale Gleichspannungsversorgung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur erfindungsgemäßen Gleichspannungs­ versorgung,

Fig. 4 ein Gleichrichtergerät und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Speiseeinheit für das System.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist das Prinzip einer zentralen Gleichspannungsversorgung für eine Anlage geschildert. Dabei ist eine zentrale Stromversorgungseinrichtung SV1 eingangssei­ tig an ein Wechselspannungsnetz, beispielsweise das übliche 50-Hz-Netz geschaltet und von der Stromversorgungseinrichtung SV1 wird ausgangsseitig eine Gleichspannung, z. B. 5 V, gene­ riert, die über Leitungen die einzelnen Verbraucher V1, V2, V3 der Anlage A mit Gleichstrom versorgt. Bei dieser Einrichtung ist die Stromversorgungseinrichtung SV1 von ihrem Leistungs­ vermögen her an den maximalen Ausbaugrad der Anlage A, d. h. an das Vorhandensein von 1 bis n Verbrauchern, anzupassen. Dazu müssen entweder verschieden leistungsstarke Typen von Strom­ versorgungseinrichtungen für das System zur Verfügung gestellt werden oder aber die Stromversorgungseinrichtung ist an die Maximalleistung der Anlage anzupassen, wenn man vermeiden will, daß mit jedem Wechsel des Ausbaugrades ein Wechsel der Strom­ versorgungseinrichtung vorzunehmen ist.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist ein übliches System gezeigt, bei dem jedem einzelnen Verbraucher einer Anlage, in diesem Fall Verbrauchern V4 bis V7 jeweils eine eigene Stromversor­ gungseinrichtung, in diesem Fall SV2 bis SV5, zuzuordnen ist. Damit wird zwar sichergestellt, daß die Gesamtleistung der Stromversorgungseinrichtungen nicht unnötig groß gewählt wird, jedoch ist der konstruktive Aufwand, wie bereits eingangs ge­ schildert, relativ groß.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist in Form eines Blockschalt­ bildes die vorliegende Erfindung dargestellt. Dabei wird mit Hilfe einer als Umsetzer wirkender Speiseeinheit SE, auf deren Einzelheiten im folgenden noch eingegangen wird, aus dem üb­ lichen 50 oder 60-Hz-Netz eine gegenüber dieser Frequenz hoch­ frequente Wechselspannung erzeugt und auf ein Leitungssystem, bestehend aus Leitungen L1 und L2, gegeben. Die Leitungen L1 und L2 sind dabei busförmig durch die Anlage geführt und führen an die Eingänge von Stromversorgungseinrichtungen SV6, SV7 und SV8 von Verbrauchern V8, V9 und V10. Die Stromversorgungsein­ richtungen SV6 bis SV8 generieren die jeweils erforderliche Gleichspannung für die zugeorndeten Verbraucher V8 bis V10, wobei der Leistungsfluß durch Pfeile dargestellt ist.

Die jeweilige Ausgangsgleichspannung der Versorgungseinrich­ tungen SV6, SV7 und SV8 und bedarfsweise weiterer Versorgungs­ einrichtungen weiterer Verbraucher werden an ebenfalls busförmig durch die Anlage geführte Leitungen L3 und L4 geschaltet, so daß ein Spannungsausgleich zwischen den Verbrauchern V8 bis V10 erfolgt. Im Ausführungsbeispiel steht dabei an den Leitun­ gen L3 und L4 eine Spannung von +5 V bzw. 0 V an. Diese Gleich­ spannung wird aber nicht nur für die einzelnen Verbraucher V8 bis V10 durch die Schaltung geschleift, sondern diese Gleich­ spannung wird auch an die Speiseeinheit SE rückgeführt. Auf den Vorteil dieser Maßnahmen wird im weiteren noch eingegangen.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist eine Stromversorgungsein­ richtung, beispielsweise die Stromversorgungseinrichtung SV6, etwas eingehender dargestellt. Dabei ist an die Leitungen L1 und L2 ein Transformator T geschaltet, der aus der hochfrequen­ ten speisenden Wechselspannung (beispielsweise im kHz-Bereich), die beispielsweise eine Spannung von 110 bzw. 220 V aufweisen möge, damit die Stromführung auf den Leitungen L1 und L2 auf relativ niedrigerem Niveau bleibt, eine der Ausgangsgleichspan­ nung angepaßte Wechselspannung niedrigerer Spannung bildet.

Die Gleichrichtung kann dabei als Vollweggleichrichtung erfol­ gen, indem die Sekundärseite des Transformators T eine Mittel­ anzapfung aufweist, an der die Gleichspannung 0 V ansteht und indem die beiden anderen Anschlüsse der Sekundärwicklung je­ weils an die Anode einer Diode D1 bzw. einer Diode D2 führen, deren Kathoden an eine übliche Siebschaltung geleitet sind, die aus einem Kondensator K1, einer Drossel DR und einem Kon­ densator K2 besteht. Die am Ausgang des Kondensators K2 an­ stehende Gleichspannung führt dann an die der Übersichtlich­ keit halber nicht dargestellten Verbraucher sowie an die Lei­ tungen L3 und L4, die als Busleitungen durch die gesamte Anlage geführt sind. Durch die Wahl der Frequenz der speisenden Wech­ selspannung, die an den Leitungen L1 und L2 ansteht, ist es zum einen möglich, einen technisch unkomplizierten Transforma­ tor T zu verwenden, zum andern kann die Kapazität der Konden­ satoren K1 und K2 und die Induktivität der Drossel DR relativ gering gewählt werden, wobei dennoch ein gutes Glättungsverhal­ ten des Siebgliedes erreicht wird.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist das Prinzip einer Speise­ einheit SE dargestellt. Eingangsseitig wird die Speiseeinheit SE mit Netzfrequenz gespeist und über einen Wandler W wird diese Netzfrequenz in eine gegenüber dieser relativ hohe Frequenz um­ gesetzt. Die Wellenform des Ausgangssignals kann dabei sowohl sinusförmig wie auch rechteckförmig gewählt sein. Die Ausgangs­ wechselspannung des Wandlers W gelangt an die Leitung L1 und L2.

Die von den einzelnen Stromversorgungseinrichtungen SV6 bis SV8 generierte Gleichspannung wird über die Leitungen L3 und L4 einem Umsetzer U rückgemeldet, der beispielsweise entspre­ chend vorgegebenen Schwellwerten, die das Verlassen des Be­ triebsbereiches anzeigen, ein Anzeigegerät AG zum Signalisie­ ren von Störungen betreibt, der aber auch innerhalb des vor­ gegebenen Betriebsbereiches eine Regelung für den Wandler W ausübt, indem nämlich dann, wenn die Gleichspannung auf den Leitungen L3 und L4 zu gering wird, die Amplitude der Ausgangs­ spannung des Wandlers W erhöht wird.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Gleichspannungsversorgung mehrerer elek­ trischer Verbraucher aus einem Wechselspannungsnetz, vorzugs­ weise einer Frequenz von 50 bis 60 Hz, wobei jedem Verbrau­ cher ein die jeweils zugeführte Wechselspannung in die erfor­ derliche Gleichspannung wandelndes Gleichrichtergerät zuge­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß von einem zentralen Umsetzer (SE) eine gegenüber der Netzfrequenz höherfrequente Wechselspannung generiert wird und daß diese an die Gleichrichtergeräte (SV6 bis SV8) gelei­ tet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die höherfrequente Wechsel­ spannung als Rechteckspannung ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleichspannung der Verbraucher gleich gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gänge der Gleichrichtergeräte (SV6 bis SV8) über Ausgleichs­ leitungen (L3, L4) zueinander parallelgeschaltet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die an den Ausgleichslei­ tungen (L3, L4) anstehende Spannung auf das Einhalten vorge­ gebener Werte überwacht wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß entsprechend den einzuhalten­ den Werten innerhalb eines vorgegebenen Bereiches durch Rück­ wirken auf den Umsetzer (SE) eine Spannungsregelung erfolgt.